專利名稱：管子用螺紋接頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型管子用螺紋接頭，它提供有防止過擰入或欠擰入的裝置，以防止在用本發(fā)明接頭將兩個管件連接到一起以后一個管件相對于另一管件發(fā)生不期望的或非控制的轉(zhuǎn)動。
目前，大部分接頭沒有提供防止過擰入或欠擰入的裝置，只要提供一大于裝配兩個管件所需扭矩的扭矩就夠了，從而使一個管件相對于另一管件產(chǎn)生轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)在擰入方向和擰開方向的轉(zhuǎn)動。
然而，在某些場合，在將接頭擰緊到所要的扭矩以后，必須防止一個管件相對于另一個管件產(chǎn)生相對轉(zhuǎn)動。在操作過程中，由于管子受到力和位移作用，會導(dǎo)致這種欠擰入或過擰入，力或位移會產(chǎn)生大于連接扭矩的扭矩。特別是由于作用扭矩后產(chǎn)生振動也會產(chǎn)生過擰入或欠擰入，此時所作用的扭矩小于初始連接所用的扭矩。
一般地，此時可以采用焊接接頭，當(dāng)然，這種接頭的缺點是需要相當(dāng)多的材料。這種接頭不能拆開且僅能適用于易于焊接的材料。
根據(jù)本發(fā)明，該接頭特別適用于(但不局限于)石油和天燃氣工業(yè)，其中鋼管通過上述接頭彼此連接到一起，形成多種形狀長短不同的主管線，用于輸送各種流體或流體混合物。
根據(jù)本發(fā)明，該接頭特別適合于石油和天燃氣工業(yè)，形成用于海上開采的多種主管線，如將浮船(floating platform)或平底船(barge)與海底連接，或?qū)⒑５椎囊稽c與另一點連接。
獲得海上石油或天燃氣的可靠和安全開采條件非常關(guān)鍵，使得接頭一旦以控制的扭矩擰到一起以后，在操作過程中就不會由于非控制因素而產(chǎn)生過擰入或欠擰入。
一般地，目前這些主管線都是由約12米的標(biāo)準(zhǔn)長度的鋼管構(gòu)成，例如，用焊接接頭將一個管子的一端和另一個管子的一端連接起來。由于振動，海潮、波、以及平底船相對于管子的相對運動，這些接頭會受到各種運動的作用，這些運動又會產(chǎn)生力和扭矩，使一個管子相對另一個管子產(chǎn)生轉(zhuǎn)動。
在管子的安裝過程中或安裝后的操作階段，可以克服這種一個管件相對于另一管件產(chǎn)生轉(zhuǎn)動的現(xiàn)象。
根據(jù)本發(fā)明，這種接頭用于取代焊接接頭。
根據(jù)本發(fā)明，這種接頭當(dāng)然可以用于石油或天燃氣工業(yè)或其它工業(yè)(如地?zé)峁I(yè))中的任何其它場合，特別是兩個管件通過接頭裝配到一起以后，需要避免一個管件相對于另一個管件產(chǎn)生轉(zhuǎn)動的任何場合，這種接頭更具吸引力。
根據(jù)本發(fā)明，該接頭可以用于石油和天燃氣井用的套管(casing pipe)或裝管(tubing pipe)。
帶有防止在管件裝配以后產(chǎn)生欠擰入或過擰入裝置的連接管件的螺接頭已經(jīng)問世。在美國專利2,318,590中介紹了這種接頭，用于通過接頭工具裝配起來的鉆桿，它包括芯棒，該芯棒位于管子的外周表面和接頭套筒的每個自由端的內(nèi)表面之間，在與外面相通的環(huán)形空間內(nèi)；一包含朝外和朝內(nèi)凹槽的環(huán)形件，配裝在管子和套筒的相應(yīng)凹槽中；管子和套筒和上面環(huán)形塊配裝到一起。
這種起著阻止產(chǎn)生過擰入或欠擰入的環(huán)形件可以直接布置在管和套筒之間，或通過延伸套筒的一第三中間塊的中間。美國專利2,318,590描述了復(fù)雜程度不同的多種型式，它們的共同特征在于在接頭的外面或在接頭中與外面相通的空間內(nèi)布置有一套機械連接管和套筒的輔助部件。
在美國專利2,797,109中我們可以發(fā)現(xiàn)相同的構(gòu)思，作為阻塞元件，多個齒形部分插到接頭端部和與外面相通的位于一個管子外表面和另一管子內(nèi)表面之間的環(huán)形空間內(nèi)，齒輪部分的尖銳邊緣起著防止過擰入和欠擰入的作用。
美國專利2,845,106利用相同的原理，但這里，與接頭的外面相通的環(huán)形空間具有偏心的形狀，插在環(huán)形空間中占有約50％周邊的阻擋元件也是偏心的。
在美國專利2,845,106中，與美國專利2,797,109非常相似，必須注意到阻擋元件不能阻止一個管件相對于另一個管件旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生小的位移，只有在小位移發(fā)生以后才起到阻止作用。在螺紋初始位置不起作用，只有在其附近位置才起到阻止作用。
美國專利US 2,318,590、US 2,797,109和US 2,845,106中介紹的現(xiàn)有裝置每個接頭都要使用一個或多個輔助部件，它是插在管子和接頭之間的環(huán)形殼體內(nèi)。殼體的復(fù)雜程度各不相同，它的加工會導(dǎo)致另外的制造成本。這就需要單獨地設(shè)法存放一些基于管子尺寸的輔助部件。
另外，該殼體和輔助部件位于接頭的外面，對外部環(huán)境特別是對腐蝕問題沒有保護。在處理這些接頭時必須根據(jù)其位置保證輔助部件保持它們的原來位置。
專利WO 96/29533介紹了另一種形式的接頭，它可以防止在安裝過程中一管件相對于另一管件發(fā)生轉(zhuǎn)動。
在該文件中，兩個管子通過其端部切成的寬齒的嚙合而相互連接到一起，最終的安裝是通過使一個套筒向上轉(zhuǎn)到一預(yù)定參考點，管子的兩端插入套筒中，使套筒所覆蓋的帶有圓柱形螺紋的兩個管子端部的長度相同。由一可移動部件構(gòu)成的密封圈置于套筒的中間，在套筒的每端提供有密封支撐表面。
這種解決方法受圓柱形螺紋的影響，不能應(yīng)用于整體型接頭，也就是不帶套筒的接頭。另外，一旦套筒定位以后，沒有提供保證套筒擰入的裝置。
本發(fā)明提供了一種新型管螺紋接頭，它設(shè)有防止產(chǎn)生過擰入或非控制性欠擰入的裝置，特別是它可以用來替代焊接接頭并且沒有上述解決方案的缺點。
所以，本發(fā)明試圖提供一種螺紋接頭，它不需要輔助部件來保證其擰入，或保證在操作過程中的緊固性，并且還易于安裝。
另外，本發(fā)明試圖提供一種螺紋接頭，它可以實現(xiàn)套筒型或整體型接頭，和不包括防止過擰入或欠擰入裝置的螺紋接頭相比，其結(jié)構(gòu)，基本操作質(zhì)量和使用特性得到改善。
本發(fā)明還試圖提供一種螺紋接頭，它帶有防止形成過擰入或欠擰入的裝置，它可以適用于不同的現(xiàn)有螺紋接頭和不同的螺紋形式。不管它是高級或是優(yōu)質(zhì)接頭(具體地說，它指包含有控制螺紋的軸肩停止型(shoulder-stop-type)裝配和緊支撐表面的元件的接頭)，還是API接頭型的標(biāo)準(zhǔn)接頭。
本發(fā)明還試圖提供一種螺紋接頭，提供有防止產(chǎn)生過擰入和/欠擰入的裝置，并且很容易拆開，不需要破壞上述裝置或在管子或套筒的內(nèi)或外表面上留下不利的壓痕。
本發(fā)明還試圖提供一種螺紋接頭，它只需要進行最簡單的輔助機械加工。
本發(fā)明還試圖提供一種螺紋接頭，它對外部介質(zhì)具有密封性，如有必要的話，可以涂上一層外部涂層以防止它受腐蝕，特別是在海洋環(huán)境中。
根據(jù)本發(fā)明，螺紋式管接頭還包括一陽管件，它提供有陽外部螺紋；一陰管件，它提供有與陽管件的陽外部螺紋相對應(yīng)的陰內(nèi)部螺紋；和用預(yù)定扭矩來裝配這兩個部件的元件。陽部件以一預(yù)定的扭矩擰入陰部件之中。
陰部件在其螺紋的下游端以外包括一無螺紋的陰部分，其端部的內(nèi)表面上提供有一陰承載支撐表面(female bearing support surface)。
陽部件在其螺紋的上游端一側(cè)包括一無螺紋的陽部分，它與陰部分對應(yīng)，該陽部分在其外側(cè)壁端部提供與陰支撐表面相對應(yīng)的陽支撐表面，當(dāng)接頭的陽部件和陰部件擰入到位后它支撐接觸于陰支撐表面上。
在下文中術(shù)語下游和上游解釋為對于陽部件或陰部件，下游是指沿部件的軸線朝向部件的自由端，而上游則是指向部件的內(nèi)側(cè)。
無螺紋的陰部分的內(nèi)表面從陰螺紋的下游端延伸至陰支撐表面，而無螺紋陽部分的外表面從陽螺紋的上游端延伸至陽支撐表面。為了簡單起見，上述無螺紋的陰部分稱作“陰部分”，上述無螺紋的陽部分下面簡稱為“陽部分”。陽部分和陰部分沿徑向彼此隔開，從而在陰部分和陽部分之間形成一無接觸的環(huán)形區(qū)域。
該環(huán)形區(qū)域至少在平行于部件公共軸線方向上的測量長度的一部分上有一校準(zhǔn)環(huán)形空間(calibrated annular space)，其中，膠粘劑(其填充環(huán)形空間的全部或局部)保證在陰部分和陽部分之間的機械連接。
這里的校準(zhǔn)環(huán)形空間是指由陰部分的內(nèi)表面和陽部分的外表面確定的一容積，此二表面彼此相對。這兩個表面在其不同的點處隔開幾十毫米的徑向距離，最好在環(huán)形空間的整個長度方向上徑向距離大致為恒值。陽部分的外表面和陰部分的內(nèi)表面最好是圓柱形或錐形，或更一般地說，是可轉(zhuǎn)動的。
上述徑向距離可作為陰、陽部件的直徑和厚度以及膠粘劑特性的函數(shù)進行選取，其中，膠粘劑可以這樣使用，可以使用一定量的膠粘劑來保證兩個部件的機械連接。
作為非限定性的取值，我們可以取徑向距離在0.15mm-1.0mm之間。一般地，該徑向距離的值可以允許在良好狀態(tài)下保證膠合的效果。
環(huán)形區(qū)域，特別是環(huán)形校準(zhǔn)空間，可以僅布置在陽部分或陰部分上；也就是說，它可以形成于兩個連接部件當(dāng)中的一個上。
最好，環(huán)形空間可以布置成由陽部分和陰部分疊置而成。也就是說，它們布置在接頭的陰部件和陽部件兩者之上。
最好，環(huán)形區(qū)域包括一直接布置于螺紋的延伸部內(nèi)的環(huán)形部分，其截面是校準(zhǔn)環(huán)形空間的截面的幾倍，環(huán)形部分占有環(huán)形區(qū)域軸向長度的一部分。該環(huán)形部分起著潤滑脂或等同物的接受部分的作用，在擰入過程中，潤滑脂可以從陽螺紋或陰螺紋射入，這些螺紋一般通過潤滑脂或等同物來潤滑，它們還可以收集環(huán)形校準(zhǔn)空間中過多的未被使用的膠粘劑。膠粘劑和潤滑脂在該環(huán)形部分內(nèi)很可能被混合。
為了簡單起見，下面我們稱環(huán)形部分為潤滑槽，盡管我們已經(jīng)解釋了該接受部分不只用于接受潤滑脂。
所以，在環(huán)形區(qū)域內(nèi)，最好從陽和陰螺紋部分的端部開始，依次布置一潤滑槽，直到陽和陰支撐表面、校準(zhǔn)環(huán)形空間。
通過這種方式，這種布置可以防止在擰入過程中在壓力作用下射出的潤滑脂進入校準(zhǔn)環(huán)形空間，而破壞陽和陰部分之間的膠合。這種布置可以慢慢排除在擰入過程中在壓力作用下射出的潤滑脂，從而防止在這部分接頭中產(chǎn)生應(yīng)力。
這種潤滑槽(徑向高度可以達到1至幾個毫米)最好布置在陰部分的主要部分上，以使它不減小接頭的效率，也就是，陽部分區(qū)域內(nèi)陽部件的有用部分。
當(dāng)然，也可以保證環(huán)形校準(zhǔn)空間具有足夠的長度，從而保證滿意的膠合條件。
最好，陽部分以及陰部分，特別是布置在陰部分的下游端處的陰支撐表面的幾何形狀能使陰部分的內(nèi)表面(特別是陰支撐表面)和陽部分的外表面，在接頭擰到一起時的階段，不相互接觸，陰支撐表面在接頭擰入的終點處與陽支撐表面支撐接觸。
陰、陽支撐表面的支撐接觸是通過彈性變形來獲得的，所以，在陰、陽支撐表面的臺面上形成金屬-金屬的密封性。
陰支撐表面和陽支撐表面的形狀使得在接頭的擰入狀態(tài)在這些支撐表面的各徑向尺寸之間存在一干涉。該干涉形成密套結(jié)合效應(yīng)(ferruling bindingeffect)。
所以，在接頭的擰入過程中，陰部分(特別是陰支撐表面)絕不會與陽部分產(chǎn)生磨擦，在擰入過程中，在任何給定的點，具體地指環(huán)形校準(zhǔn)空間的臺面上，將存在一徑向間距，作為陽部分和陰支撐表面之間的自由通道。這將方便接頭的安裝，并且還可以防止有害的磨擦作用，特別是防止支撐表面的破壞。
最好，陽、陰支撐表面的形狀呈截錐形，其錐頂朝向陽部件的下游端。
優(yōu)選地，頂半角在3～10°，支撐表面沿接頭的軸向的長度優(yōu)選地約為3～10mm。
當(dāng)然，所用膠粘劑的特性可以使它可以適合于在接頭擰入過程中使用，也可以在接頭的操作條件下使用。
在可能的膠粘劑中，可以選擇適合于金屬的膠粘劑，一種可抵抗沖擊的膠粘劑，它在操作過程中可以保持彈性變形，抵抗剪切，在有潤滑脂時其特性改變最小，它還具有潤滑效應(yīng)。
最好，所用膠粘劑的固化質(zhì)量可以通過加熱操作來控制，最好是快速固化型。這樣可以保證接頭以控制的方式在短時間內(nèi)完成安裝，所以，可以提高配管現(xiàn)場和車間的生產(chǎn)率。
可以使用單成分型膠粘劑，其固化是通過加熱操作來控制的。也可以使用雙成分膠粘劑，環(huán)氧樹脂和固化劑在快要用之前準(zhǔn)備好，固化是通過加熱操作來控制的。
如，通過熱效應(yīng)來固化的環(huán)氧樹脂基膠粘劑用起來方便。膠粘劑最好位于環(huán)形校準(zhǔn)空間中，它一直保持在環(huán)形空間中，直至陽部件擰入陰部件中。
為此，可以用刷子或熟知的方式在與校準(zhǔn)環(huán)形空間對應(yīng)的陽部件上涂上膠粘劑，將陰部件擰入陽部件中，直至達到最終位置。陰部分的下游端將從陰表面上擠走多余的膠粘劑。多余的被射到陽部分的外側(cè)上游。在擰入過程中陰表面不作用在陽部分之上，只有到擰入操作終點時才停到陽部分上。支撐發(fā)生在陽表面的臺面上。用這種方式，可以在校準(zhǔn)環(huán)形空間內(nèi)獲得校準(zhǔn)的膠粘劑環(huán)形層，膠粘劑通過其膠合特性可以保證在預(yù)定扭矩下使校準(zhǔn)環(huán)形空間相對于上述空間的外壁封閉，所以它將阻斷陽部件和陰部件。
用另一種方法，當(dāng)陽部件完成擰入到其陰部件中的裝配位置時，膠粘劑被注入。
此時，在陰部分上，在校準(zhǔn)環(huán)形空間的臺面上，提供至少一個注射通道，最好還有一排氣通道。注射通道允許通過在壓力作用下注射或通過其它已知的方法向校準(zhǔn)環(huán)形空間中引入所需量的膠粘劑。注射通道和排氣通道(如果有的話)最好在用完以后通過一可保證緊密性的裝置封閉，這種裝置例如為一帶有或不帶密封座的螺塞或其它可以獲得所需效果的任何元件。
根據(jù)本發(fā)明，螺紋接頭可以是整體型的或套筒連接型。
對于整體型接頭的情況，要裝配的每個管子在其一端(強度、直徑和/或厚度可能被調(diào)整(hammered out))包括一如上所述的陽部件，而在其另一端(加強的直徑和壁厚可能被擴展)包括一如上所述的陰部件。根據(jù)本發(fā)明，該接頭是通過螺接要裝配的兩個管子的一陽部件和一陰部件而形成的，膠合工序按前面所述的方法進行。
對于套筒連接型接頭的情況，要裝配的管子在其兩端包括相同類型的部件，一般地為一陽部件；兩個端部相對的管子的兩個部件，它們擰入兩個相應(yīng)部件中，一般地為陰部件，此部件形成在連接套筒的兩端，上述陽部件和陰部件如上所述制成。
這些允許以預(yù)定大小的擰緊扭矩將陽部件裝配到陰部件中的元件可以是由螺紋本身構(gòu)成的元件或獨立于螺紋的部件或者甚至是由螺紋構(gòu)成的元件和不與螺紋連接的元件的組合。
這樣，對于標(biāo)準(zhǔn)圓柱螺紋例如API輪廓的情況，所以不是密套結(jié)合型，這些裝配元件不依賴于螺紋。這對于已知的元件(如裝配停止塊或密套結(jié)合表面)可能成為一個問題，例如，如果上述支撐表面獲得足以抵抗擰入的扭矩，陽部分和陰部分的支撐表面就會形成金屬-金屬接觸，在陽部件和陰部件之間的某個區(qū)域上(而不是在螺紋上)產(chǎn)生足夠的阻力扭矩。
對于錐形螺紋的情況，所以是密套結(jié)合型，這些元件直接由螺紋構(gòu)成，具體地，由陽部件和陰部件之間在螺紋的臺面上的干涉構(gòu)成。
但是，在使用錐形螺紋時，這些元件也可以是無螺紋的，如軸肩止塊和/或密套結(jié)合表面，它們可以保證陽部件和陰部件之間的金屬-金屬接觸。這些軸肩止塊和/或金屬-金屬表面除了可以用預(yù)定量的扭矩來擰緊以外，還可以執(zhí)行其它功能。
可以用于本發(fā)明接頭的螺紋可以是任何形狀，如，圓柱形、錐形、帶有一個或多個臺階或帶有負角。
最好，特別是當(dāng)本發(fā)明的接頭用于石油和天燃氣工業(yè)場合時，特別是制造海上主運輸線時，在接頭的陽部件和陰部件上提供金屬-金屬表面，所以，可以保證接頭對其內(nèi)循環(huán)的流體的緊密性。這些接頭最好也包括螺紋軸肩止塊。
所以，本發(fā)明接頭可以采用在專利或歐州專利申請EP 0,488,912,EP0,741,261和EP 0,707,133中所描述的螺紋接頭形成。
下面將參考實施例和附圖來介紹本發(fā)明，但這并非用于限制本發(fā)明的保護范圍。


圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一種接頭沿軸向的放大圖，圖中僅示出了位于軸上面的部分。
圖2示出了圖1所示本發(fā)明接頭的陰部件的沿接頭軸向的截面圖，圖中僅示出了位于軸上面的部分。
圖3也是沿接頭軸向的截面圖，示出了圖1所示本發(fā)明接頭的陽部件，圖中僅示出了位于軸上面的部分。
圖4是沿接頭軸向的截面圖，示出了圖1所示接頭的套筒連接的變型，圖中僅示出了位于軸上面的部分。
圖5是沿接頭軸向的截面圖，示出了螺紋部分的陽部件上游區(qū)在擰入以前的準(zhǔn)備部分，圖中僅示出了位于軸上面的部分，但其比例比圖3大。
圖6是沿接頭軸向的截面圖，示出了在螺接之前位于螺紋部分下游的陰部件的區(qū)域，圖中僅示出了位于軸上面的部分，但其比例比圖2大；圖7是沿接頭軸向的截面圖，示出了從陽螺紋部分向上游擰入過程中陰、陽部件，圖中僅示出了軸上面的部分，但比例很大；圖8是沿接頭軸向的截面圖，示出了從陽螺紋部分向上游擰入到達終點時的陰、陽部件，圖中僅示出了軸上面的部分，但比例很大；圖9示出了圖1所示本發(fā)明接頭的一個變型。
圖1是沿軸向的剖面圖，示出了本發(fā)明的裝配的接頭。
圖中僅示出了接頭的軸線X1-X2上面的部分，為了簡單地表示剖面方向，在圖中示出了X1-X2軸，同時由于這里圖中所用比例的原因，沒有必要都示出。
從圖1中我們可以看出接頭1包括一陰部件2和一陽部件3，兩者相互擰到一起。
陰部件2位于管4的端部，陽部件3位于管5的端部。所以，管4和管5是通過本發(fā)明的接頭裝配起來的。
陰部件2包括一內(nèi)部陰螺紋6(圖2)。
螺紋6是錐形的，它相對于X1-X2軸線的傾斜度約為2.5％-7.5％，其上提供有傳統(tǒng)的梯形螺紋。
從螺紋6向下游，陰部件2延伸成陰部分7(從圖6中也可以看出)。
陽部件3(圖3)包括外螺紋8。該螺紋8也是錐形的，它與陰部件2的陰螺紋6相對應(yīng)。
為了布置陽部件3的一有用截面9，(陽部件在點12處盡可能大，點12對應(yīng)于螺紋8的上游端)，陽螺紋從點11開始消失。點11也就是螺紋8的螺紋牙頂?shù)陌j(luò)線，其普通部分重新連接部件3的普通表面。
從螺紋部分的終點12向上，陽部件3延伸成一陽部分13(從圖8中也可以看出)。
在標(biāo)號17處，一陰支撐表面布置在內(nèi)表面14上的陰部分17的下游端16。在18處，一陽支撐表面布置在該部分下游端處的陽部分13的外表面15上，與陰支撐表面相對應(yīng)。
這兩個環(huán)形表面17和18以及陽部分13和陰部分7的幾何形狀使得擰到一起時，這兩個環(huán)形表面17和18是金屬-金屬支撐接觸，所以使螺紋接頭對管4和管5外的流體產(chǎn)生一定的密封。
當(dāng)陽部件3擰入陰部件2中的裝配位置時，位于支撐表面17和螺紋部分6的下游端19之間的陰部分7的內(nèi)表面14和位于支撐表面18和螺紋部分8的上游端12之間的陽部分13的外表面15形成一環(huán)形區(qū)域，該區(qū)域從支撐表面17和18開始連續(xù)包括下列部分一環(huán)形校準(zhǔn)空間20(圖8)；一環(huán)形凹部21，為了方便起見，把它稱為潤滑槽；應(yīng)當(dāng)理解，這種稱謂僅表示其功能的一部分。
內(nèi)表面14和外表面15在點20和21處，沿徑向相隔一定距離，兩者上相互沒有任何支撐點。
這里，環(huán)形校準(zhǔn)空間20(圖8)包括兩個圓柱表面，它們分別位于內(nèi)表面14和外表面15上，兩者之間徑向距離“h”的值約為零點幾個毫米。在本發(fā)明的實施例中(但并不僅局限于這些實施例)，該空間約占有支撐表面17和18與螺紋端部12和19之間的沿X1-X2軸向長度的50％。
這里的潤滑槽21也是通過兩個圓柱表面之間存在的徑向間隙而形成的。兩個圓柱表面之間相互隔開一距離“H”，H的大小大約1至幾個毫米。如H可以是h的6至30倍。
在裝配狀態(tài)時，陰部分7僅通過其陰支撐表面17的中間點抵靠在陽支撐表面18上。陰部分7的長度“L”大約是陰部件的陰部分外側(cè)軸向長度的15～40％。這種帶有支撐點的梁狀結(jié)構(gòu)改進了接頭的彎曲特性和接頭在彎曲時的抗疲勞性，因為在螺紋臺面上陽部件和陰部件之間的接觸壓力以及在螺紋的終點12和19的臺面上相對于不包含陽部分13和陰部分7且端點16位于陽部件上的接頭的彎曲約束力減小了。
在一優(yōu)選的方式中，也就是在圖1-9所示的接頭中，我們將給陽部分13和陰部分7確定一幾何形狀和尺寸，以使在擰入接頭1中時，陰部分7的內(nèi)表面14不產(chǎn)生磨擦或在任何點都不被支撐，更具體地說，在陽部分13的外表面15上的陰支撐表面17的臺面上不被支撐。因此，可以方便接頭的安裝，可以防止損壞，更具體地說，防止損壞環(huán)形校準(zhǔn)空間20和陰支撐表面17的表面。
當(dāng)陽部件3和陰部件2到達它們的最終位置時只有在螺紋的終點處陰支撐表面17才開始與陽支撐表面18產(chǎn)生磨擦。這種陽支撐表面設(shè)計成在陰部件的下游端16的區(qū)域產(chǎn)生彈性變形，金屬與金屬的接觸17-18就是密套結(jié)合(ferruling binding)。為此，分開環(huán)形校準(zhǔn)空間20的兩個表面的徑向距離在螺紋端處比螺紋間徑向距離稍微增大一點。該徑向距離然后達到值h。
這里，支撐表面17和18為截錐形，它們相對于接頭1的公共軸X1-X2的傾斜度約為5％。
這種安裝在比例很大的圖8中可以看到，在圖8中，在支撐表面17和18的臺面上，我們故意通過示出在彈性變形以前的上述支撐表面來表示直徑方向的干涉，兩個支撐表面之間的徑向間隔表示干涉。
所以，我們可以看出，當(dāng)兩個支撐表面17和18達到支撐接觸時，在螺接的終點環(huán)形空間20的徑向?qū)挾萮稍微增大。
為了獲得這種安裝，陽部分13的外徑D1必須小于形成陰部件3的管5的公共直徑D2。
我們已在陰部件2上形成潤滑槽21，以盡可能小的減小接頭的效應(yīng)和在陽部件3的臺面處管子的厚度。
接頭1包括傾斜螺紋6和8。當(dāng)然，后者是帶有一預(yù)定徑向干涉的密套結(jié)合型。這些螺紋部分是允許我們用預(yù)定扭矩來裝配陽部件和陰部件的元件之一。
另外，以一種已知的方式，接頭1在螺紋終點22以外分別在陽部件和陰部件上設(shè)有軸肩停止表面23和24，并且在陽部件和陰部件上分別提供有一第二對陽陰支撐表面25和26。
軸肩停止表面23-24允許我們控制在陰螺紋部分6中的陽螺紋部分8的密套結(jié)合，以防止過大的扭矩同時準(zhǔn)確地控制陽部件相對于陰部件的位置。這樣，用控制和預(yù)先確定量的扭矩可以很方便地將接頭擰入。
第二對支撐表面25和26通過金屬與金屬的接觸來保證對在管4和5中循環(huán)的流體的密封性。
在圖1中，我們已通過表示相互作用之前的兩個支撐表面的兩條線來表示陽支撐表面25和陰支撐表面26之間的徑向干涉。
這里，在支撐表面25和26上的軸肩停止表面23和24是錐形的。
示例性地，軸肩停止表面23和24相對于軸X1-X2的角度約為75°，支撐表面25和26相對于軸X1-X2的角度約為20°。
環(huán)形校準(zhǔn)空間20中填有膠粘劑，這種膠粘劑能保證陽部分13和陰部分7之間以及陽部件和陰部件之間的剛性機械連接。這種機械連接提供代表接頭擰入扭矩的一部分的抵抗扭矩。
在擰入接頭1的操作過程中，圖5到圖8示出了一種將膠粘劑引入環(huán)形校準(zhǔn)空間20中的方式。
根據(jù)這種方式，我們可以通過刷子或其它任何方法涂覆一層膠粘劑膜，例如，這里有意夸大示出了陽部分13的外表面15。同時，一潤滑脂膜28沉積在陰螺紋6以及軸肩停止表面24和支撐表面26上，以使已知方式的接頭的螺接更為方便。然后，陰部分7上沒有涂膠粘劑的陰部件2插到陽部件3上，通過陽部件和陰部件之間的相對運動，以螺旋式向前擰入，圖7中沿軸向用箭頭F表示。
用這種方法，由于陰部分在擰入過程中，象前面所解釋的那樣，不與陽螺紋部分接觸。在圖7所示的擰入過程中，陰部件2的下游端16和陰部分7的內(nèi)表面14校準(zhǔn)膠粘劑膜27，多余的膠粘劑29被推到前端16。
同時，在螺紋的壓力作用下被擠走的一些潤滑脂30容納在潤滑脂槽21中并局部填充潤滑脂槽，圖中用剖面線來表示。
在圖8中，示出的是裝配的接頭，以與圖1中相同的預(yù)定扭矩擰入，圖中僅示出了陽部分和陰部分。
我們會發(fā)現(xiàn)多余的膠粘劑29從陰部件向下流，或多或少填充有潤滑脂30的潤滑槽21下面形成一膠粘劑膜。
環(huán)形校準(zhǔn)空間中填充有一層厚度為h的膠粘劑膜，它基本沒有被潤滑脂破壞。這種膠粘劑總體上可以執(zhí)行膠合功能。
在實施例中，我們選擇(但并不是局限)一種帶有預(yù)混合成分的環(huán)氧樹脂基膠粘劑，通過加熱幾十秒鐘就可以固化，其商用名為TOPFIX NA84，由Atofindley公司制造。
以預(yù)定扭矩擰入以后，用已知的方法(使用數(shù)kHz的環(huán)繞感應(yīng)線圈)對陽部件和陰部件上與膠粘劑所在的環(huán)形校準(zhǔn)空間相對應(yīng)的區(qū)域加熱。
加熱時間取決于所用管子的直徑和厚度。如，對于外徑為4.5″厚度為6.88mm的管子，用75kw的功率加熱30秒鐘。
為了取得可靠的膠合效果，可以進行測試，從而調(diào)整操作過程中所用加熱時間和功率。
所以，加熱以后，膠粘劑將保證理想的機械連接。
有時可能會發(fā)生在支撐表面17和18的臺面處所用接觸壓力作用下，在這些支撐表面之間會保持一層非常薄的膠粘劑膜。這不會影響連接的效果。在這種情況下這些支撐表面17和18將保護膠合區(qū)20免受管外循環(huán)的流體的影響。
在非常惡劣的應(yīng)用場合，如在海水中，可以用已知的方法在管子4和5以及陰部件2的外表面上涂上另外的環(huán)氧樹脂型保護層以及聚丙烯或其它類型的保護層。
例如，我們已制造了一種如圖1-3所示的接頭，并象圖5-8所示那樣按下列條件擰到一起管4的標(biāo)稱外徑4.5″；h值0.2mm；H值1.4mm；長L陽部件或陰部件長度的30％；上面所介紹的TOPFIXNA84膠粘劑；
擰入扭矩740m·kg；膠合產(chǎn)生的抵抗扭矩350m·kg或擰入扭矩的47％。
所以，我們獲得一接頭，與沒有提供防止過擰入或欠擰入的裝置的接頭相比，其過擰入或欠擰入的扭矩增加50％。
另外，必須指出由于潤滑槽21的存在，它為刀具提供一有益的插入空間，所以方便了接頭1的陰螺紋6的加工。
圖4示出了圖1所示接頭的一種套筒連接的變型。
帶有公共軸Y1-Y2的兩個管子50和51在它們的端部帶有陽部件52，53，它們通過一套筒54連接，套筒54相對于通過Z1-Z2線的平面對稱，在平面Z1-Z2兩側(cè)有陰部件55,56。
每對陽-陰部件52-55,53-56都制成上述形式，如圖1-3所示。
通過套筒54形成的這種接頭包括兩個防止在圖4中將標(biāo)有A和B的區(qū)域內(nèi)過擰入或欠擰入的裝置，這兩個區(qū)域和圖1所示接頭中的相同。
圖9示出了圖1所示接頭的一種變型，其中，膠粘劑不象圖5所示的那樣在擰入之前沉積，而是在接頭以預(yù)定扭矩擰入時引入。
除了陰部分61外，這種接頭60具有與接頭1相同的特性。這里的陰部分6另外還包括一螺紋孔64，它穿過整個管壁，一側(cè)開到環(huán)形校準(zhǔn)空間62內(nèi)，另一側(cè)開到其陰部分的外表面63上。陰部分61另外還包括一第二螺紋孔(圖中未顯示)，它位于孔64直徑方向相對一側(cè)，但直徑稍小，起排氣通道的作用。
該螺紋孔64允許向環(huán)形校準(zhǔn)空間62內(nèi)以需要的壓力，將所需量的膠粘劑注入填充到該區(qū)域，排氣孔允許在良好的條件下注射膠粘劑。
注射以后，通過擰入螺塞65來封閉孔64，螺塞65既不會超過環(huán)形校準(zhǔn)空間62也不會超出表面63，膠粘劑作用到螺塞65的螺紋部分上，用同樣的方法，可以用一膠合的螺塞來封閉第二孔，該螺塞是用來在操作時保證密封連接。
接著，對接頭1要繼續(xù)加熱膠粘劑，以完成接頭的防止過擰入或欠擰入裝置的安裝。
當(dāng)然，本發(fā)明的接頭可以拆開。為了獲得這種接頭，可以在擰開之前，通過加熱破壞膠粘劑，如以已知的方法將膠粘劑加熱到非常高的溫度。通過這種方法，就不必作用一擰開扭矩來克服兩個部件膠合所產(chǎn)生的阻力。然后，可以非常簡單地擰開和清洗膠覆蓋的表面，以備在需要時重新利用該接頭，這些膠合的表面并非都被破壞。具體地說，在重復(fù)使用時并沒有必要再加工校準(zhǔn)空間20的表面。
本發(fā)明的接頭可以有多種變化形式，所示出的實施例并不是對本發(fā)明的限制。
權(quán)利要求
1．一種管螺紋接頭(1)包括一陽部件(3)，它設(shè)有一外部陽螺紋部分(8)；一陰部件(2)，它設(shè)有一內(nèi)部陰螺紋部分(6)，它與陽部件上的螺紋部分相對應(yīng)；和允許用預(yù)定大小的扭矩將這兩個部件裝配到一起的元件，陽部件(3)以預(yù)定的扭矩擰入陰部件(2)內(nèi)，其特征在于，陰部件(2)從其螺紋(6)的下游包括陰部分(7)，陰部分(7)在其內(nèi)壁端部處有一陰支撐表面(17)；陽部件(3)從螺紋(8)的上游(12)包括與陰部分(7)對應(yīng)的陽部分(13)，陽部分(13)在其外壁的端部處有一陽支撐表面(18)；陽支撐表面(18)和陰支撐表面(17)相互支撐接觸；陰部分的內(nèi)表面(14)位于陰螺紋端部(19)和陰支撐表面(17)之間，陽部分的外表面(15)位于陽螺紋的端部(12)和陽支撐表面(18)之間；陰部分的內(nèi)表面(14)和陽部分的外表面(15)的幾何形狀使得它們構(gòu)成一環(huán)形區(qū)域(20-21)，至少沿該區(qū)域接頭的軸線X1-X2的測量長度的一部分形成一校準(zhǔn)環(huán)形空間(20)，膠粘劑(27)填充所有或局部的環(huán)形校準(zhǔn)空間(20)，從而保證陰部分(7)和陽部分(13)之間的機械連接。
2．如權(quán)利要求1所述的接頭，其特征在于構(gòu)成環(huán)形校準(zhǔn)空間(20)的陰部分(7)的內(nèi)表面(14)和陽部分(13)的外表面(15)沿徑向隔開一個距離(h)，約為零點幾毫米。
3．如權(quán)利要求1或2所述的接頭，其特征在于構(gòu)成環(huán)形校準(zhǔn)空間(20)的陰部分(7)的內(nèi)表面(14)和陽部分(13)的外表面(15)是錐形的或圓柱形的，或一般為轉(zhuǎn)動表面。
4．如權(quán)利要求1至3之一所述的接頭，其特征在于位于陽螺紋和陰螺紋的端部(12)和(19)以及陽和陰支撐表面(18)和(17)之間的環(huán)形區(qū)域包括一潤滑脂槽(21)，它直接布置在螺紋的延伸段。
5．如權(quán)利要求4所述的接頭，其特征在于環(huán)形校準(zhǔn)空間(20)和潤滑脂槽(21)形成于陰部分(7)上的主體部分內(nèi)。
6．如權(quán)利要求1至5之一所述的接頭，其特征在于陽部分(13)以及陰部分(7)，和陽支撐表面(17)的幾何形狀使陰部分(7)的內(nèi)表面和陰支撐表面(17)在接頭螺接過程中不與陽部分的外表面接觸，在這兩個表面之間保持一徑向距離，在接頭擰入的終點，陰支撐表面與陽支撐表面支撐接觸。
7．如權(quán)利要求1至6之一所述的接頭，其特征在于陽螺紋(12)和陽支撐表面(18)之間的陽部分(13)的外表面的直徑小于形成陽部件(3)的管(5)的公共部分的直徑。
8．如權(quán)利要求1至7之一所述的接頭，其特征在于陽支撐表面(18)和陰支撐表面(17)的表面是截錐形的。
9．如權(quán)利要求1至8之一所述的接頭，其特征在于所用膠粘劑(27)是具有受控固化特性的膠粘劑。
10．如權(quán)利要求1至8之一所述的接頭，其特征在于所用膠粘劑(27)是環(huán)氧樹脂基膠粘劑。
11．如權(quán)利要求6至10之一所述的接頭，其特征在于膠粘劑(27)在擰入接頭之前沉積在陽部分的外表面上。
12．如權(quán)利要求11所述的接頭，其特征在于膠粘劑(27)通過在接頭擰入過程中陰部分(7)相對于陽部分(13)移動而在膠粘劑膜中校準(zhǔn)的。
13．如權(quán)利要求1至10之一所述的接頭，其特征在于膠粘劑是在擰入環(huán)形校準(zhǔn)空間(20)以后通過孔(64)注入的，孔(64)穿過環(huán)形校準(zhǔn)空間(20)的臺面處的陰部分(61)，孔(64)最好提供有封閉件(65)。
14．如權(quán)利要求13所述的接頭，其特征在于它還包括一排氣通道。
15．如權(quán)利要求1至14之一所述的接頭，其特征在于它是整體型的，陽部件(3)和陰部件(2)形成于管(4,5)的端部，管(4,5)通過接頭(1)連接到一起。
16．如權(quán)利要求1至14之一所述的接頭，其特征在于它是套筒連接型，陰部件(55)形成于一套筒(54)一側(cè)的端部，陽部件(52)形成于一管子上，在套筒(54)的另一側(cè)也同樣布置有另一陰部件(56)和另一陽部件(53)。
17．如權(quán)利要求1至16之一所述的接頭，其特征在于螺紋(6,8)是錐形螺紋。
18．如權(quán)利要求1至16之一所述的接頭，其特征在于螺紋(6,8)是圓柱形螺紋。
19．如權(quán)利要求1至16之一所述的接頭，其特征在于螺紋是雙級螺紋。
20．如權(quán)利要求1至19之一所述的接頭，其特征在于陽部件和陰部件包括一對螺紋停止表面(23、24)。
21．如權(quán)利要求1至20之一所述的接頭，其特征在于陽部件和陰部件包括一對金屬-金屬緊支撐表面(25,26)，而不是陰部分(7)和陽部分(13)的支撐表面(17,18)。
22．如權(quán)利要求1至16之一所述的接頭，其特征在于允許同預(yù)定扭矩裝配兩個部件的元件是由螺紋(6,8)構(gòu)成的元件或獨立于螺紋的元件。
全文摘要
本發(fā)明涉及帶有防止過擰入或欠擰入裝置的一種管螺紋接頭。該接頭包括一帶有外部螺紋(8)的陽部件(3)和一帶有內(nèi)部螺紋的陰部件(2),這兩個部件可以用預(yù)定大小的扭矩裝配到一起。布置在陰螺紋(19)以外的一陰部分(7)和布置在陽螺紋(12)以外的一陽部分(13)在它們的內(nèi)表面(14)和外表面(15)之間提供一環(huán)形區(qū)域,其中,至少一部分形成一校準(zhǔn)區(qū)域(20),校準(zhǔn)空間內(nèi)的膠粘劑保證陰部件(7)和陽部件(13)之間的機械連接。這種接頭特別適合用于石油和天然氣工業(yè)。
文檔編號F16L15/04GK1220716SQ98800358
公開日1999年6月23日 申請日期1998年3月24日 優(yōu)先權(quán)日1997年3月27日
發(fā)明者蒂里·諾埃爾, 布魯諾·卡恰格拉 申請人:法國瓦羅里克·曼尼斯曼油汽公司